RU2631079C2

RU2631079C2 - Anaerobic filter with siphon outlet

Info

Publication number: RU2631079C2
Application number: RU2015119212A
Authority: RU
Inventors: Виктор Константинович Евтеев; Аяна Сергеевна Васильева; Ирина Викторовна Аксенова
Priority date: 2015-05-21
Filing date: 2015-05-21
Publication date: 2017-09-18
Also published as: RU2015119212A

Abstract

FIELD: agriculture.

SUBSTANCE: anaerobic filter with a siphon outlet contains a reactor, pipes for sewage supply and treated water outlet, a sewage feeding pump, an immobilized carrier of anaerobic biomass, a pipe for biogas outlet, a water seal, an outlet pipe for biogas supply to consumers, a siphon outlet consisting of a siphon tank and a siphon pipeline. The siphon outlet is connected to the outlet of the anaerobic filter, and the upper end of the siphon pipeline is located below the upper part of the immobilized carrier.

EFFECT: increasing the operation efficiency of the anaerobic filter and reducing foaming in the reactor.

1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для анаэробного сбраживания сточных вод, содержащих органические отходы сельскохозяйственного производства, и может быть использовано при очистке стоков с органическими включениями промышленных предприятий и коммунального хозяйства.The invention relates to a device for anaerobic digestion of wastewater containing organic agricultural waste, and can be used in wastewater treatment with organic inclusions of industrial enterprises and public utilities.

Известна установка для анаэробной очистки сточных вод [1]. Она состоит из резервуара с патрубком для ввода исходной жидкости, желоба для сбора очищенной воды, коллекторной системы для сбора и удаления газа из жидкости в виде нагнетательной трубы с колпаками, расположенными слоями по высоте резервуара, а также разделительной камеры, соединенной с нагнетательными трубами коллекторных систем.Known installation for anaerobic wastewater treatment [1]. It consists of a tank with a nozzle for introducing the source liquid, a chute for collecting purified water, a collector system for collecting and removing gas from the liquid in the form of an injection pipe with caps located in layers along the height of the tank, and a separation chamber connected to the discharge pipes of the collector systems .

Недостатком этой установки является то, что при обработке низкоконцентрированных сточных вод велика вероятность вымыва анаэробной биомассы из реактора, а также сложность в изготовлении и эксплуатации.The disadvantage of this installation is that when processing low-concentration wastewater, the likelihood of leaching of anaerobic biomass from the reactor is high, as well as the difficulty in manufacturing and operation.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является конструкция метантенка [2], применяемая для анаэробного сбраживания сточных вод, содержащих органические вещества.The closest technical solution, selected as a prototype, is the design of the digester [2], used for anaerobic digestion of wastewater containing organic substances.

Корпус метантенка выполнен в виде вертикального цилиндрического сосуда. Нижняя и верхняя крышки сосуда представляют собой конус. Подача сточных вод осуществляется через патрубок, установленный в нижней части метантенка. Реакционная часть метантенка заполнена обрабатываемой сточной водой и инертным иммобилизатором - носителем анаэробной массы. Патрубок для отвода обрабатываемого стока и биогаза расположен в верхней части метантенка, коаксиально к оси цилиндра, причем нижний обрез патрубка расположен на уровне раздела газовой и жидкой сред, а верхний переходит в газожидкостную магистраль. Магистраль связывает между собой метантенк и камеру разделения сред, представляющую собой герметичный сосуд, в днище которого установлен патрубок для отвода обрабатываемого стока, а в крышке - патрубок отвода биогаза.The body of the digester is made in the form of a vertical cylindrical vessel. The lower and upper lids of the vessel are a cone. Sewage is supplied through a pipe installed in the lower part of the digester. The reaction part of the digester is filled with treated wastewater and an inert immobilizer - anaerobic mass carrier. A pipe for draining the treated drain and biogas is located in the upper part of the digester, coaxial to the axis of the cylinder, the lower edge of the pipe being located at the interface between the gas and liquid media, and the upper one goes into the gas-liquid line. The main line connects the digester and the medium separation chamber, which is a sealed vessel, in the bottom of which there is a pipe for the drainage of the treated drain, and in the lid there is a pipe for the biogas drainage.

Недостатком указанной конструкции является недостаточная высота колебания уровня свободной поверхности сбраживаемой жидкости и, как следствие, неэффективное пеногашение.The disadvantage of this design is the insufficient height of the fluctuation of the level of the free surface of the fermented liquid and, as a result, ineffective defoaming.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы метантенка, в частности анаэробного фильтра, за счет интенсификации процесса анаэробного сбраживания сточных вод, отделения биогаза от сбраживаемой массы и обеспечения эффективного пеногашения в газовом объеме реактора.The objective of the invention is to increase the efficiency of the digester, in particular an anaerobic filter, by intensifying the process of anaerobic digestion of wastewater, separating biogas from the fermented mass and ensuring effective defoaming in the gas volume of the reactor.

Сущность изобретения заключается в том, что анаэробный фильтр дополнительно содержит сифонный отвод, состоящий из бака сифона и сифонного трубопровода, при этом сифонный отвод соединен с выходом анаэробного фильтра и верхний конец сифонного трубопровода расположен ниже верхней части иммобилизированного носителя. Применение сифонного отвода позволяет создавать циклические возмущения за счет изменения скорости движения сточных вод и колебания уровня свободной поверхности в реакторе. Эффективное пеногашение обеспечивается резкими циклическими колебаниями уровня свободной поверхности сбраживаемой жидкости, также этому способствует выступающая верхняя часть иммобилизатора, дополнительно разрушающая пенный слой.The essence of the invention lies in the fact that the anaerobic filter further comprises a siphon outlet, consisting of a siphon tank and a siphon pipe, while the siphon drain is connected to the outlet of the anaerobic filter and the upper end of the siphon pipe is located below the upper part of the immobilized carrier. The use of a siphon drain allows creating cyclic disturbances due to changes in the speed of movement of wastewater and fluctuations in the level of the free surface in the reactor. Effective defoaming is ensured by sharp cyclic fluctuations in the level of the free surface of the fermented liquid, this is also facilitated by the protruding upper part of the immobilizer, which further destroys the foam layer.

На чертеже представлена схема анаэробного фильтра с сифонным отводом. Он состоит из реактора 1, представляющего собой вертикальный цилиндрический корпус, патрубков для подачи сточных вод 2 и отвода обработанной воды 6, насоса для подачи сточных вод 3, иммобилизированного носителя анаэробной биомассы 7, патрубка для отвода биогаза 10, гидравлического затвора 8, отводного патрубка для подачи биогаза потребителям 9, бака сифона 4 и сифонного трубопровода 5.The drawing shows a diagram of an anaerobic filter with a siphon outlet. It consists of a reactor 1, which is a vertical cylindrical body, nozzles for supplying wastewater 2 and drainage of treated water 6, a pump for supplying wastewater 3, an immobilized carrier of anaerobic biomass 7, a nozzle for removing biogas 10, a hydraulic shutter 8, an outlet nozzle for biogas supply to consumers 9, siphon tank 4 and siphon pipeline 5.

Разработанный анаэробный фильтр представляет собой вертикальный теплоизолированный реактор 1 с подводом животноводческих стоков в верхнюю часть. Внутри реактора расположен твердый носитель с развитой поверхностью 7, на которой прикрепляются микроорганизмы. Отвод обработанных сточных вод осуществляется с нижней части реактора. Отвод биогаза происходит через гидравлический затвор, что обеспечивает относительно постоянное давление. Он представляет собой емкость, заполненную водой, в которую погружен патрубок 10, выходящий из газового объема реактора. Величина давления срабатывания затвора зависит от высоты погружения патрубка 10. Изменяя эту высоту можно поддерживать заданное колебание давления в газовом объеме. В состав сифонного отвода входят бак 4 и трубопровод 5, верхний конец которого расположен чуть ниже верхней части иммобилизатора 7 в реакторе.The developed anaerobic filter is a vertical thermally insulated reactor 1 with the supply of livestock waste to the upper part. Inside the reactor is a solid carrier with a developed surface 7, on which microorganisms are attached. The treated wastewater is discharged from the bottom of the reactor. Biogas is diverted through a hydraulic shutter, which provides a relatively constant pressure. It is a container filled with water, into which a pipe 10 is immersed, leaving the gas volume of the reactor. The pressure of the shutter response depends on the immersion height of the nozzle 10. By changing this height, you can maintain a given pressure fluctuation in the gas volume. The composition of the siphon branch includes a tank 4 and a pipe 5, the upper end of which is located just below the upper part of the immobilizer 7 in the reactor.

Цикл изменения давления и колебание уровня свободной поверхности протекает следующим образом. Сточные воды с постоянным расходом, который обеспечивается насосом 3, поступают в реактор 1 на обработку через патрубок 2. Сбраживание сточных вод происходит в рабочем объеме реактора, который заполнен иммобилизатором 7, и заключается в разложении органического вещества с выделением биогаза. Биогаз накапливается в газовом объеме реактора, а по патрубку 6 в бак 4 движется обработанный сток. В результате постоянного выделения биогаза давление в газовом объеме возрастет. При достижении давления величины, соответствующей глубине погружения патрубка 10, происходит отвод биогаза в корпус гидравлического затвора 8 и по патрубку 9 к потребителю. В то же время сточные воды, прошедшие процесс брожения, постоянно заполняют бак 4, до тех пор пока не достигнут верхней отметки уровня расположения сифонного трубопровода 5. Как только обработанный сток заполнит сифонный трубопровод 5, произойдет опорожнение бака 4. Причем расход сифонного отвода равен расходу жидкости через отводной патрубок 6 и намного больше, чем подача насоса 3. Так, опорожнение бака сифона вызовет изменение скорости движения сточных вод в реакторе. После опорожнения бака сифона скорость движения сточных вод в реакторе снизится до величины, обеспечиваемой подачей насоса 3. Затем цикл работы анаэробного фильтра с сифонным отводом повторится.The cycle of pressure changes and fluctuations in the level of the free surface proceeds as follows. Wastewater with a constant flow rate, which is provided by pump 3, enters the reactor 1 for processing through pipe 2. Fermentation of waste water occurs in the working volume of the reactor, which is filled with immobilizer 7, and consists in the decomposition of organic matter with the release of biogas. Biogas accumulates in the gas volume of the reactor, and the treated stock moves through pipe 6 to tank 4. As a result of the constant release of biogas, the pressure in the gas volume will increase. Upon reaching a pressure value corresponding to the immersion depth of the pipe 10, biogas is diverted to the hydraulic shutter housing 8 and along the pipe 9 to the consumer. At the same time, the wastewater that underwent the fermentation process constantly fills the tank 4, until it reaches the upper mark of the location of the siphon pipeline 5. As soon as the treated effluent fills the siphon pipe 5, the tank 4 will empty. Moreover, the flow of the siphon drain is equal to the flow liquid through the outlet pipe 6 and much more than the feed pump 3. So, emptying the siphon tank will cause a change in the speed of movement of wastewater in the reactor. After emptying the siphon tank, the speed of the wastewater in the reactor will decrease to the value provided by the pump 3. Then the cycle of the anaerobic filter with the siphon drain will be repeated.

Резкие циклические изменения величины скорости движения сточных вод в реакторе способствуют обновлению граничных поверхностей сбраживаемой среды и анаэробной биомассы, а также отделению биогаза от сбраживаемой жидкости. Понижение уровня свободной поверхности сточных вод в реакторе, вследствие перетекания жидкости из рабочего объема реактора в опорожняемый бак сифонного отвода, снижает давление в газовой полости реактора, что вызовет залповое выделение биогаза, а циклические колебания уровня свободной поверхности сточных вод в реакторе за счет применения сифонного отвода позволят эффективно бороться с пенообразованием. Этому также будет способствовать выступающая верхняя часть иммобилизатора, дополнительно разрушающая пенный слой. Таким образом, применение сифонного отвода положительно влияет на интенсивность анаэробного сбраживания, создавая циклические возмущения за счет изменения скорости движения сточных вод и колебания уровня свободной поверхности в реакторе.Sharp cyclic changes in the velocity of wastewater in the reactor contribute to the updating of the boundary surfaces of the fermented medium and anaerobic biomass, as well as the separation of biogas from the fermented liquid. Lowering the level of the free surface of the wastewater in the reactor, due to the flow of liquid from the working volume of the reactor into the emptied siphon tank, reduces the pressure in the gas cavity of the reactor, which will cause volley release of biogas, and cyclic fluctuations in the level of the free surface of the wastewater in the reactor due to the use of siphon discharge will effectively fight with foaming. The protruding upper part of the immobilizer, which further destroys the foam layer, will also contribute to this. Thus, the use of siphon drainage positively affects the intensity of anaerobic digestion, creating cyclic disturbances due to changes in the speed of movement of wastewater and fluctuations in the level of the free surface in the reactor.

Предлагаемое изобретение простое в изготовлении и эксплуатации, позволяет повысить эффективность работы анаэробного фильтра и уменьшить пенообразование в реакторе.The present invention is simple to manufacture and operate, improves the efficiency of the anaerobic filter and reduce foaming in the reactor.

Источники информацииInformation sources

1. Авторское свидетельство СССР №1400501, C02F 3/28, 1984.1. USSR author's certificate No. 1400501, C02F 3/28, 1984.

2. Патент РФ №2095321, C02F 3/22, 1997, - прототип.2. RF patent No. 2095321, C02F 3/22, 1997, is a prototype.

Claims

An anaerobic filter with a siphon outlet containing a reactor, nozzles for supplying wastewater and treated water, a pump for delivering wastewater, an immobilized carrier of anaerobic biomass, a nozzle for removing biogas, a hydraulic shutter, an outlet pipe for supplying biogas to consumers, characterized in that it additionally contains a siphon outlet, consisting of a siphon tank and a siphon pipeline, while the siphon outlet is connected to the outlet of the anaerobic filter and the upper end of the siphon pipeline is located below the upper part immobilized carrier.